◆周金娣

質(zhì)量守恒定律是九年級化學(xué)教材中的重要化學(xué)定律，主要從三類反應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：有氣體參加無氣體生成、無氣體參加有氣體生成、無氣體參加和生成。滬教版九年級化學(xué)教材上對于第一類反應(yīng)沒有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，筆者研究了新舊人教版九年級化學(xué)教材這類反應(yīng)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)“白磷燃燒”，通過對比，設(shè)計(jì)出對教材實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案，實(shí)施實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象、分析現(xiàn)象，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的延伸，基于此，對教學(xué)過程進(jìn)行了反思。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)課程的重要組成部分，它對于培養(yǎng)學(xué)生的思維、創(chuàng)新、實(shí)踐等能力具有特殊的價值。我國著名化學(xué)家戴安邦先生曾經(jīng)說過：“化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施全面化學(xué)教育的一種最有效的形式?！痹趯?shí)際化學(xué)教學(xué)中，我們要充分運(yùn)用實(shí)驗(yàn)這一手段，通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證假說或檢驗(yàn)理論，這是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)證精神和科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。

質(zhì)量守恒定律是滬教版初中化學(xué)中的重要化學(xué)規(guī)律，在初中化學(xué)教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，它是分析物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時質(zhì)量關(guān)系的重要理論依據(jù)。該定律引領(lǐng)學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識開始從“質(zhì)”到“量”的過渡，也為之后化學(xué)方程式的書寫和計(jì)算的教學(xué)構(gòu)建了理論鋪墊，對整個初中化學(xué)的學(xué)習(xí)有著至關(guān)重要的作用。在質(zhì)量守恒定律的學(xué)習(xí)中，滬教版九年級化學(xué)上冊教材不是從定義出發(fā)，把質(zhì)量守恒定律的內(nèi)容強(qiáng)加給學(xué)生，而是首先提出在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物的質(zhì)量和生成物的質(zhì)量之間存在什么樣的關(guān)系問題，讓學(xué)生思考，然后通過作出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)探究、交流討論、提出結(jié)論等科學(xué)探究方法，設(shè)計(jì)并實(shí)施一些實(shí)驗(yàn)方案，使學(xué)生從自己親身觀察到的事實(shí)中，經(jīng)過由此及彼、由表及里的思考，得出質(zhì)量守恒定律的內(nèi)容。學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律是對學(xué)生進(jìn)行辯證唯物主義教育的重要內(nèi)容。

在滬教版九年級化學(xué)上冊教材中，驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律的內(nèi)容，對于無氣體參加和生成的反應(yīng)，教材上選擇了氫氧化鈉溶液和硫酸銅溶液的反應(yīng)；對于無氣體參加、有氣體生成的反應(yīng)，教材上選擇了石灰石和稀鹽酸的反應(yīng)；而對于有氣體參加、無氣體生成的反應(yīng)，教材上沒有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。筆者認(rèn)為可以增加白磷燃燒實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案可以進(jìn)行一系列探索和改進(jìn)，這對于開發(fā)學(xué)生智力很有效果，可以不斷地揭示矛盾和解決矛盾，有利于激起學(xué)生更強(qiáng)烈的求知欲。下面就白磷燃燒實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律，筆者談一些方案及思考。

1 新舊人教版九年級化學(xué)教材上的實(shí)驗(yàn)方案

人教版九年級化學(xué)全一冊實(shí)驗(yàn)方案及探討

1）實(shí)驗(yàn)裝置。如圖1所示，主要儀器及藥品：250 mL錐形瓶內(nèi)有火柴頭大的白磷、玻璃棒、天平。

圖1

2）實(shí)驗(yàn)操作。

第一步：在錐形瓶底部鋪一層細(xì)沙（隔熱，為了吸收白磷燃燒時放出的熱量，防止錐形瓶炸裂），放入一?；鸩耦^大的白磷。

第二步：在錐形瓶口的橡皮塞上安裝一根玻璃棒，并使玻璃棒下端能與白磷接觸。

第三步：將錐形瓶放在托盤天平上用砝碼平衡。

第四步：取下錐形瓶，將橡皮塞上的玻璃棒放到酒精燈火焰上灼燒至紅熱后，迅速用橡皮塞將錐形瓶塞緊，并將白磷引燃。

第五步：待錐形瓶冷卻后，重新放到托盤天平上，觀察天平是否平衡。

3）實(shí)驗(yàn)中存在的問題。

①該實(shí)驗(yàn)中往往會因?yàn)槠咳粐?yán)密產(chǎn)生漏氣或被沖開而失敗。一種是原來瓶塞未旋緊，當(dāng)氣體受熱膨脹時，瓶內(nèi)壓強(qiáng)增大，將瓶塞沖開；另一種是白磷用量過多，燃燒時產(chǎn)生的熱量也多，使瓶內(nèi)氣體因膨脹而產(chǎn)生的壓強(qiáng)過大，即使原來已旋緊的瓶塞，也會被沖開。所以白磷的用量必須嚴(yán)格按教材上的規(guī)定，同時瓶塞要旋緊。

②白磷燃燒產(chǎn)生的白煙五氧化二磷有毒，在實(shí)驗(yàn)過程中，即使白磷取的量不多，但燃燒生成的白煙往往容易從錐形瓶和橡皮塞的縫隙中溢出，危害人體健康，造成空氣污染。

③實(shí)驗(yàn)操作過程中先將橡皮塞取下加熱玻璃棒，然后又旋緊橡皮塞，無可避免瓶內(nèi)氣體和外界空氣的交換，影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

人教版新教材九年級化學(xué)上冊實(shí)驗(yàn)方案及探討

1）實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及過程。在人民教育出版社出版的《義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書》化學(xué)九年級上冊第90頁對上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。為了防止白磷在錐形瓶中燃燒放熱，使瓶內(nèi)氣體體積膨脹，導(dǎo)致瓶塞被沖開，造成空氣污染，使實(shí)驗(yàn)失敗，實(shí)驗(yàn)時將玻璃棒改成了玻璃管，在玻璃管的上端系牢一個小氣球，并使玻璃管下端能與白磷接觸。如圖2所示，其余實(shí)驗(yàn)儀器和藥品、實(shí)驗(yàn)步驟和上述實(shí)驗(yàn)相同。

圖2

2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。白磷燃燒，放熱，產(chǎn)生大量白煙，氣球膨脹。待裝置冷卻后，氣球變癟。實(shí)驗(yàn)前后天平指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

3）實(shí)驗(yàn)中存在的問題。教材中的操作方法是將玻璃管燒紅來引燃白磷，玻璃管灼熱后既要迅速插入到錐形瓶中，又要恰好與錐形瓶中的白磷接觸，操作起來不太方便；和前面第一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案相似，用玻璃管加熱白磷，會導(dǎo)致錐形瓶內(nèi)的空氣有所流動，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。玻璃管伸入錐形瓶比較長，白磷燃燒放熱導(dǎo)致錐形瓶內(nèi)氣體受熱膨脹，來不及從玻璃管中導(dǎo)出進(jìn)入氣球中，從而使橡皮塞被沖開，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗?？梢宰鋈缦赂倪M(jìn)：把長玻璃管換成短玻璃管，在三角架上放上石棉網(wǎng)，再將錐形瓶放在石棉網(wǎng)上，用酒精燈加熱錐形瓶來點(diǎn)燃白磷（注：玻璃管上的氣球要用橡皮筋綁牢）。待錐形瓶冷卻后，重新放到托盤天平上，觀察天平是否平衡。裝置如圖3所示。

圖3

優(yōu)點(diǎn)：該實(shí)驗(yàn)中，錐形瓶內(nèi)外沒有空氣對流，保證了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性；實(shí)驗(yàn)始終在氣球形成的密封容器中進(jìn)行，避免了白磷燃燒產(chǎn)生的白煙逸散到空氣中，造成空氣污染；這樣操作，還能讓學(xué)生加深對使用錐形瓶加熱時，要墊石棉網(wǎng)的認(rèn)識。

2 對教材的改進(jìn)方案

新舊人教版九年級化學(xué)教材上該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是用玻璃棒或玻璃管加熱白磷，存在“取下橡皮塞，再立即旋緊橡皮塞”這一過程，或多或少都會使瓶內(nèi)氣體與外界空氣產(chǎn)生交換，影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。即便改用酒精燈加熱錐形瓶來點(diǎn)燃白磷，需要將整套裝置從托盤天平上取下，待實(shí)驗(yàn)發(fā)生后甚至實(shí)驗(yàn)結(jié)束后再將整套裝置放回到托盤天平上進(jìn)行再次稱量，在這一操作過程中會帶來一些誤差，也無法觀察到在實(shí)驗(yàn)過程中天平指針的變化情況。故筆者對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行如下調(diào)整：

1）實(shí)驗(yàn)裝置。如圖4所示，主要儀器和藥品：250 mL錐形瓶、氣球、橡皮筋、天平、白磷。

圖4

2）實(shí)驗(yàn)操作。

第一步：錐形瓶內(nèi)鋪一層細(xì)沙，將少量白磷放在細(xì)沙上。

第二步：將一個癟氣球扎在錐形瓶的瓶口上，用橡皮筋扎緊。

第三步：將上述裝置放在托盤天平上用砝碼平衡。

第四步：用日光做光源，以凸透鏡聚焦，點(diǎn)燃錐形瓶內(nèi)的白磷。

3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析。

①現(xiàn)象：白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙，氣球較快變大后較快變癟，最終氣球縮進(jìn)錐形瓶口內(nèi)，實(shí)驗(yàn)過程中天平指針沒有偏轉(zhuǎn)。

②分析：白磷燃燒，放出大量的熱，導(dǎo)致錐形瓶內(nèi)空氣受熱膨脹，氣球較快膨脹。燃燒時消耗了瓶內(nèi)的氧氣，生成的五氧化二磷又是固體，等實(shí)驗(yàn)結(jié)束，裝置冷卻，因氧氣量減少，剩余氣體體積不再膨脹，故氣球變癟，甚至被倒吸至錐形瓶中。由于本實(shí)驗(yàn)中氣球體積變大是瓶內(nèi)氣體受熱膨脹導(dǎo)致，此時氣體的密度小于在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣的密度，在實(shí)驗(yàn)過程中用的白磷的量又比較少，膨脹的氣球體積并不大，又因?yàn)橥斜P天平用于粗略稱量，故在本實(shí)驗(yàn)中，變大的氣球產(chǎn)生的浮力對天平指針無法造成影響，因此實(shí)驗(yàn)過程中指針始終沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

4）實(shí)驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)裝置不僅在氣球形成的封閉體系中進(jìn)行，有效防止空氣污染，而且點(diǎn)燃白磷的方式選擇了凸透鏡聚焦法，在整個實(shí)驗(yàn)過程中，沒有把錐形瓶拿下托盤天平進(jìn)行加熱，減少了實(shí)驗(yàn)過程中的誤差，而且可以觀察到氣球在逐漸膨脹過程中天平指針的變化情況。但在錐形瓶底部鋪一層細(xì)沙，用凸透鏡聚焦加熱白磷，耗時較直接用酒精燈加熱長些，在實(shí)驗(yàn)時，可先對錐形瓶底部的細(xì)沙進(jìn)行預(yù)熱，再將白磷置于細(xì)沙上，用凸透鏡聚焦加熱，可以減少實(shí)驗(yàn)時間。如果氣球是新的，應(yīng)揉搓、拉伸并使其變軟后再用。

3 實(shí)驗(yàn)延伸

滬教版九年級化學(xué)上冊教材中對于反應(yīng)物中沒有氣體，生成物中有氣體的反應(yīng)選擇了石灰石和稀鹽酸的反應(yīng)，在密封環(huán)境中進(jìn)行，用澄清石灰水吸收反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w。按照教材上的要求實(shí)驗(yàn)，最終天平指針沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，很好地驗(yàn)證了質(zhì)量守恒定律。那么這個實(shí)驗(yàn)?zāi)芊褚灿妙愃瓢琢兹紵脷馇蛐纬傻姆忾]體系來驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律呢？筆者用白磷燃燒時對教材改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行石灰石和稀鹽酸的反應(yīng)。

1）實(shí)驗(yàn)裝置。主要儀器和藥品：250 mL錐形瓶、氣球、橡皮筋、天平、石灰石、稀鹽酸。

2）實(shí)驗(yàn)操作。

第一步：在錐形瓶中加入一定量的稀鹽酸，在癟氣球中加入一定量的石灰石。

第二步：將癟氣球扎在錐形瓶的瓶口上，用橡皮筋扎緊，如圖5所示。

第三步：將實(shí)驗(yàn)裝置放在托盤天平上用砝碼平衡。

第四步：將錐形瓶略微傾斜，將氣球中的石灰石沿錐形瓶壁慢慢加入到稀鹽酸中，觀察。

3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析。

①現(xiàn)象：固體表面產(chǎn)生很多氣泡，液體變得很渾濁，氣球逐漸變大，剛開始天平指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)氣球膨脹到一定體積時，天平指針逐漸向右偏轉(zhuǎn)。反應(yīng)結(jié)束后，氣球依然膨脹，天平指針始終向右偏轉(zhuǎn)。

②分析：石灰石與稀鹽酸作用，產(chǎn)生了二氧化碳?xì)怏w，由于氣體量的增加導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)氣壓增大，從而使氣球體積逐漸變大。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，二氧化碳沒有逸散到空氣中去，整個裝置中空氣的量也沒有減少，所以最終氣球還是膨脹，在空氣中形成一定的浮力，當(dāng)浮力達(dá)到一定的值時，天平能感應(yīng)得到，此時天平指針開始向右發(fā)生偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，整套裝置內(nèi)增加了反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳，因此最終氣球依然是膨脹的，指針始終向右偏轉(zhuǎn)。故本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不能用于驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律，必須要選擇一些試劑把產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w完全吸收。

4 實(shí)驗(yàn)反思

中學(xué)化學(xué)新教材在實(shí)驗(yàn)的設(shè)置、內(nèi)容、數(shù)量以及形式等方面較以往都有了很大的改變，我們的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也應(yīng)隨著新課程的實(shí)施進(jìn)行相應(yīng)的改革和創(chuàng)新?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)已成為培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力和動手能力的重要途徑。目前教材上很多實(shí)驗(yàn)都是探究性實(shí)驗(yàn)，但探究的過程離不開驗(yàn)證，驗(yàn)證的過程同樣也可以充滿探究。在驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)時采用的“白磷燃燒”和“石灰石和稀鹽酸作用”兩個實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中都可以觀察到氣球膨脹這一現(xiàn)象，但前者天平指針沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，后者指針最終向右偏轉(zhuǎn)，這與藥品用量有關(guān)，也與天平的感量有關(guān)。我們在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)時，需對改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證，切不可紙上談兵，只從理論上分析。對于實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的一些“意外現(xiàn)象”不能忽視，要進(jìn)行深入思考，仔細(xì)研究，切實(shí)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。